不同林龄和栽培代次杨树林土壤微生物量磷动态研究

赵和胜，王艮梅，韦庆翠，3，袁 润，4，张焕朝*

(1.徐州市铜山区张集林场，江苏 徐州 221116;2.南京林业大学森林资源与环境学院，江苏 南京 210037;3.泰州锦园绿化工程有限公司，江苏 泰州 225300;4.太原罗克佳华工业有限公司，山西 太原 030032)

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验设在江苏省宿迁市泗洪县陈圩林场，林场位于东经 118°18'，北纬 39°15'，属暖温带大陆季风气候区，长年受西北冷气流和热带洋面暖气流的控制。年均降雨量897mm左右，降水主要集中在夏季(6～8月)，年均气温为14.1℃，全年平均无霜期为220d左右，平均日照为2 250～2 350 h。土壤质地为粘壤土，试验样地的基本理化性质见表1。各试验样地土壤pH值、土壤有机质和全N差异不大。土壤全P除2代5年生样地略低外，其他样地也差异不大。土壤有效P含量，总体上杨树人工林林地土壤均高于农田土壤，除2代8年生较高外，各林地之间差异不大。

表1 试验样地土壤的基本理化性质

1.2 试验设计

根据杨树人工林的栽培林龄和连栽代次，构建不同林龄和代次的试验林小区:分别为1代6年生林(F1)、1代10年生林(F2)、2代5年生林(S1)、2代8年生林(S2)，同时以农田无林地作为对照(CK)。每块试验小区设计重复3个。各样地的经营管理措施一致，杨树的株行距都为4m×7m。各样地杨树人工林在4年生时，停止套种，也不进行施肥管理。

1.3 供试土壤的采集制备及供试树木

本次试验采样时间为2009年2月至2009年12月。根据试验设计选定的试验林小区，在每块选好的试验地上距离植株2m处(避免杨树根系的影响)随机选择3个采样剖面，隔月采集不同土层(0～10，10～20，20～40cm)的土壤样品，采样时将表层的凋落物除去，每次采集的样品数为45(5×3×3)。样品采回后，过2mm筛，放置4℃冰箱内保存，用于测定土壤中微生物量磷。另一部分土壤样品置于室内自然风干，经研磨、过筛，供土壤理化学性质指标的测定。供试树木为I-69杨(Populus×deltoids Bartr.cv‘Lux’)。1代6年生、1代10年生、2代5年生、2代8年生的杨树平均树高分别为13.56，16.19，11.66，14.61m，平均胸径分别为19.53，27.12，13.64，19.31cm。

1.4 分析方法

土壤基本理化性质指标(土壤全N、全P、有效P、土壤pH、有机质)的测定按照《土壤农业化学常规分析方法》［3］。土壤微生物量磷测定采用氯仿熏蒸浸提法［4-5］。具体过程如下:

称取过2mm筛的新鲜土样(相当于干土25.0 g)3份放入3个100mL烧杯中，氯仿蒸汽熏蒸24 h后用真空泵抽尽氯仿，然后将样品转移到250mL的三角瓶中，用0.5mol/L NaHCO3溶液在恒温(25℃)振荡机上振荡浸提30min，过滤。同时做未熏蒸对照样品。另取3份样品，不熏蒸，加入一定量的P标准液，同样振荡浸提30min，过滤，以消除土壤对P可能的固定作用而产生的测定误差。

取一定量的滤液用钼锑抗比色法测定P含量。土壤微生物量磷按下式计算:

SMBP=25(S-C)/［0.4(Cp-C)］

式中 S——熏蒸土壤样品 NaHCO3提取磷含量的平均值;

对具体项目完成情况的评价考核，可以采用多种方式进行，比如以小组为单位进行答辩或报告，教师根据答辩和报告的情况决定具体的得分。对于过程中学生们的贡献，采取一些问答、考察等形式进行评价，学生得到的最后成绩包括两部分：个人成绩和团队成绩。不但可以激励学生更多投入小组的研究活动，更对成员之间的密切协作提供支持。通过这样的设计，让学生得到更充分的能力锻炼和协作经历，包括合理分配工作等，对他们未来的工作实践有直接的帮助。

C——未熏蒸对照土样NaHCO3提取磷含量的平均值;

Cp——未熏蒸对照土样添加 P标准液后NaHCO3提取磷含量的平均值;

25——换算系数;

0.4——为熏蒸杀死的微生物占土壤微生物的比例。

2 结果与分析

2.1 不同林龄和代次的土壤微生物量磷的动态变化

土壤微生物量虽然只占土壤有机质的3%左右，但它却是植物养料转化、有机碳代谢及污染物降解的驱动力，在土壤肥力和生态系统中具有重要的作用。土壤微生物量磷，是土壤微生物对磷素矿化与固持作用的综合体现，也是土壤有效P活性库的主要部分，对土壤磷素的供应和循环具有重要意

从图1还可以清楚地看出，相同代次，不同林龄的表层SMBP含量变化差异明显。1代10年生林的SMBP的含量平均比1代6年生林的低10.10mg/kg;同样地，2代8年生的SMBP比2代5年生林的SMBP平均低1.12mg/kg。图1还显示，杨树人工林的栽培代次对SMBP的含量存在显著的影响。林龄相近的1代林的SMBP的含量都对应的大于2代林的SMBP，在1 a的动态采样期内平均比2代林高出2.63～11.61mg/kg。这是因为随着杨树的林龄和栽培代次的增加，一方面杨树从土壤中会吸收更多的磷素和其他养分元素，土壤的有机质、全磷等含量呈下降趋势，从而使得土壤磷的矿化速率下降，这与蒋永丰关于土壤氮素矿化特征的研究结果相似;另外，随着林龄和义［6］。不同杨树人工林样地表层土壤(0～10cm)SMBP含量的年动态变化结果见图1。从图1中可以看出，除对照的农田土壤外，各试验林地SMBP的年变化动态基本相似。总体表现为2月SMBP含量最高，随后至6月开始逐渐下降，在10月SMBP含量降至最低，之后SMBP在12月又迅速增加。即在温度较低的冬、春季节SMBP的含量较高，而温度相对较高的夏、秋季节SMBP的含量反而较低。这是由于上年林中积累的枯枝落叶为微生物的繁殖提供了能量来源，再加上冬、春季节降雨少，土壤通气性良好，促进了地表营养物质的转化，为微生物的生长繁殖创造了良好的条件，使得土壤中微生物的数量较多，且12月温度低，代谢弱，微生物只需较低的能量供给便可生存。而在温度较高的夏、秋季节(如6～10月)，林木生长比较旺盛、代谢稳定，土壤从林木获得的能量物质较少。而且，夏季林木的枝叶茂密，郁闭度高，林下通风状况不良，通气状况较差也是造成土壤微生物数量较低的原因之一。另外，由于夏季降水占全年降水量的76%，此时土壤的含水率较高，过多的水分使得土壤微生物不能正常的生长繁殖。林地SMBP全年表现出“高-低-高”的变化趋势。因为农田无林地人为干扰因素过多，如冬耕晒垡，春季播种前的施肥，夏季的除草等，都可能导致了农田SMBP含量全年动态的复杂变化，SMBP最低值出现在8月(15.25mg/kg)，高峰值出现在12月(37.35mg/kg)。

各试验林地10～20cm和20～40cm土层SMBP的动态变化结果如表2，3所示。总体上，SMBP在1 a中随时间的动态变化规律与表层0～10cm的相似。代次的增加，土壤的容重呈增加趋势，这就势必对土壤中微生物的活性产生负面影响，从而使得土壤有机磷素矿化呈下降趋势［7］。

图1 不同林龄和栽培代次杨树人工林表层(0～10cm)SMBP年变化动态

2.2 不同林龄和栽培代次杨树人工林土壤微生物量磷剖面分布

不同林龄的1代林和2代林在1 a中不同采样时间的SMBP剖面分布结果见表2和表3。从表2，3可以看出，1代林和2代林地SMBP在土壤剖面上的垂直分布的规律相类似，即SMBP的含量随着土层的加深都对应降低。在整个试验期内各试验林地0～10cm土层的SMBP的含量分别平均比10～20cm和20～40cm土层的高出5.00mg/kg和14.21mg/kg(CK)，8.79mg/kg和16.42mg/kg(F1)，4.87mg/kg和 9.80mg/kg(F2)，7.20mg/kg和 9.64mg/kg(S1)，4.74mg/kg和6.80mg/kg(S2)。

表2 不同林龄1代杨树人工林SMBP的垂直分布mg/kg

表3 不同林龄的2代杨树人工林SMBP的垂直分布mg/kg

从表2，3还可看出，不同土层的SMBP的年变化规律相似，但在垂直剖面的含量分布存在差异。1代6年生林的SMBP年平均含量比2代5年生林的分别高11.60mg/kg(0～10cm)、10.01mg/kg(10～20cm)和4.82mg/kg(20～40cm)，而1代10年生林的SMBP年平均含量比2代8年生林分别高2.63mg/kg(0～10cm)、2.50mg/kg(10～20cm)和-0.37mg/kg(20～40cm)。表2，3还显示，林龄对SMBP的含量存在影响，在采样的3个土层内，1代6年生林SMBP的年平均含量比1代10年生林SMBP高47.67%～59.06%，但2代5年生林与2代8年生林的 SMBP含量则相差较小，最大不足8%。

2.3 不同林龄和代次杨树人工林土壤微生物量磷与土壤有机质、全氮、全磷和有效磷的相关性

同氮素类似，土壤中大部分矿化的磷主要来自土壤微生物量，微生物量磷对土壤磷素供应和循环具有重要的意义。很多研究表明，土壤微生物量磷的含量与土壤各项性质有关，尤其是土壤的有机质、氮、磷含量等有关。本研究对不同林龄和代次的土壤各土层SMBP含量的全年动态变化的平均值与土壤有机质、全氮、全磷和有效磷进行了相关性分析，结果如表4所示。从表4中可以看出，SMBP与土壤有机质、全氮和全磷呈极显著相关关系。这与以往的很多研究结果相似［8-9］。Van Gestel等(1992)研究认为，土壤微生物量与土壤有机碳、氮和磷的含量密切相关［10］。在本研究中，SMBP与土壤有效磷含量之间无显著相关关系，这一结果不同于以往其他类似的研究［5］，究其原因，可能是研究对象中植被类型不同，以及当地杨树人工林经营过程中，前期杨树郁闭前(约4～5年生)常套种小麦等农作物，并施肥耕作等。

表4 SMBP含量与土壤有机质、全氮、全磷和有效磷含量的相关方程

3 结论

(1)不同林龄和代次的林地SMBP年动态变化规律相似，总体表现为2月SMBP的含量最高，10月的含量最低，即温度较低的冬、春季节SMBP含量较高，而温度较高的夏、秋季节SMBP含量较低。

(2)杨树人工林的林龄和栽培代次对SMBP存在影响，随着林龄和代次的增加，SMBP含量降低。

(3)SMBP在土壤剖面上的分布规律均表现为随着土壤层次的加深而呈下降趋势，但不同林龄和栽培代次的林分有差异。

(4)SMBP含量与土壤有机质、全氮和全磷含量呈极显著相关关系，而与土壤有效磷含量无显著相关性。

［1］王敬国.植物营养的土壤化学［M］.北京:北京农业大学出版社，1995.

［2］陈国潮，何振立，黄昌勇.菜茶果园红壤微生物量磷与土壤磷以及磷植物有效性之间的关系研究［J］.土壤学报，2001，38(1):75-80.

［3］鲁如坤.土壤农业化学分析方法［M］.北京:中国农业科技出版社，2000.

［4］Brookes P C，Powlsond S，Jenkinsond S.Measurement ofmicrobial biomass phosphorus in soil［J］.Soil Biology and Biochemistry，1982，14(4):319-329.

［5］何振立.土壤微生物量及其在养分循环和环境质量评价中的意义［J］. 土壤，1997，29(2):61-69.

［6］单鸿宾，梁 智，王纯利，等.连作及灌溉方式对棉田土壤微生物量碳氮的影响［J］.干旱地区农业研究，2010，28(4):202-205.

［7］蒋永丰.苏北杨树人工林林地土壤氮矿质化特性研究［D］.南京林业大学，2006.

［8］徐阳春，沈其荣，冉 炜.长期免耕与施用有机肥对土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响［J］. 土壤学报，2002，39(1):89-95.

［9］王 岩，沈其荣，史瑞和，等.土壤微生物量及其生态效应［J］. 南京农业大学学报，1996，19(4):45-51.

［10］Van Gestelm，Ladd J N，Amatom.Microbial biomass responses to seasonal change and imposeddrying regimes at increasingdepths of undisturbed topsoil profiles［J］.Soil Biology and Biochemistry，1992，24(2):103-111.